Залежність конструкції фундаменту від типу грунту
2008-10-31 14:09:11
Перш ніж приступити до будівництва котеджу, необхідно задуматися про конструкцію його фундаменту. Адже фундамент у значній мірі визначає міцність, надійність і довголіття будови. Кожен з них по-своєму унікальний. Поспішати тут не потрібно: чим вірніше обрана, розрахована й змонтована конструкція опори, тим довше буде вам служити будинок.
Сім разів відміряй …
Вираз "будинок, побудований на піску" в образній формі доносить до нас думку про те, що без належного фундаменту будівля приречене на руйнування. Але є в цих словах і інший сенс: будинок можна будувати без фундаменту, і він навіть якийсь час простоїть. Справді, грамотне будівництво полягає в оптимізації витрат на створення надійної, але і недорогий опори будівлі. Зазвичай для двох-триповерхового котеджу вартість нульового циклу складає 15-20% від вартості каркаса всієї будівлі, а в поєднанні з підвалом або з цокольним поверхом – до 30%. Але набагато дорожче може обійтися фундамент для котеджу, що примикає до крутого схилу або встановленого в болотистій місцевості. Конструкція фундаменту завжди по-своєму унікальна.
Хотілося б зупинитися на одному дуже поширеному омані. Інший раз, розраховуючи здешевити будівництво, замовники вибирають типової чи готовий проект будинку. Це цілком припустимо, поки не виходить за рамки здорового глузду, – адже і фундаменти часто роблять по запозичених кресленнях. А ось вже так поступати не можна. Неважливо, про типове або ексклюзивному проекті йде мова, – в будь-якому випадку необхідні компетентність та ретельність проведення інженерно-геологічних вишукувань , у процесі яких досліджуються властивості грунтів на майданчику передбачуваного будівництва. На жаль, можна привести масу прикладів, коли у сусідів споруди стоять нормально, а у новачка раптом осідає кут. Так що не заощаджуйте копійки, перевірте грунти. Як правило, відбір грунту здійснюється за допомогою ручного зонда в шурфах глибиною до 5 м для малоповерхового дерев'яного будинку і до 7-10 м – для цегельного або кам'яного. Шурфів потрібно не менше чотирьох (у першу чергу по кутах майбутнього будівлі).
Для правильної прив'язки проекту до місцевості потрібний цілий ряд показників, серед яких – тип грунту, глибина його промерзання і насиченість грунтовими водами, рівень грунтових вод (УГВ), рельєф поверхні і т. д. Ну і звичайно, при здійсненні робіт нульового циклу вкрай важливий професіоналізм майстрів. Адже відхилення від проекту, приховані від очей в землі, на перших порах можуть зовні нічим себе не проявляти.
І лише через деякий час з'ясується, що, наприклад, гранітний щебінь при заливці стрічкового фундаменту був замінений вапняним, а залізобетонні блоки – блоками з спіненого бетону. Навіть при покупці вже готового котеджу треба спробувати взяти проби фундаментної кладки (за згодою власника, звичайно) і за допомогою фахівця перевірити правильність виконання робіт нульового циклу.
А вже при новому будівництві проконтролювати якість проектного рішення і зведення фундаменту сам бог велів. Лише в цьому випадку власник може бути спокійний за надійність опори дому після юридичного оформлення купчої або після того, як проектувальники і будівельники забудуть про своєму творінні після закінчення двох гарантійних років.
Як впливають на вибір конструкції кліматичні умови. Особливості грунтів
На більшій частині території Росії взимку грунт промерзає на значну глибину. Вона залежить не тільки від географічних координат місцевості, але і від рівня грунтових вод. Адже підвищена вологість у поєднанні з мінусовою температурою грунту і є причиною його промерзання. А оскільки, перетворюючись на лід, вода збільшується в об'ємі приблизно на 10%, виникає підйом (пучение) шарів грунту в межах глибини промерзання. Грунт прагне виштовхнути фундамент із землі в зимовий період і, навпаки, "затягує" при таненні льоду навесні. Причому це відбувається нерівномірно по периметру фундаменту і може спричинити за собою його деформацію і навіть поява тріщин, а ті – руйнування. Сили спучування здатні підняти майже будь-який котедж, правда в різних місцях ділянки з різною інтенсивністю (близько 120 кН на 1 м2). Приборкати їх можна тільки грамотним виконанням фундаменту.
Всі типи грунтів прийнято розділяти на дві великі групи: грунти пучіністие і непучиністих. До пучинистих відносять глинистий, піщаний пилуватий і дрібний, а також крупномоно-блоковий, зміст глинистого заповнювача в якому перевищує 15%. Піщаний пилуватий грунт з високою вологістю називають пливуном і не використовують як підставу через його низьку несучої здатності. Крупномоноблочние грунти з піщаним заповнювачем, піски гравелисті, великі та середні, не містять глинистих фракцій, вважаються непучиністим при будь-якому УГВ. У разі будівництва на пучинистом грунті завжди керуються нормативною (розрахунковою) глибиною промерзання (позначимо її як h). Так, для Московської області вона не буває менше 1,5 м.
Незаглиблений або мелкозаглубленного фундамент
Фахівці фірми "БУДІНВЕСТ" твердо переконані, що конструктивну схему мелкозаглубленного фундаменту слід визначати тільки після інженерного розрахунку можливих деформацій грунтової основи (особливо для середньо-, сильно-і надмірно пучинистих грунтів). Ці деформації повинні бути менше допустимих значень для обраної конструкції будівлі. Тому надземна частина будинку розглядається не тільки як навантаження, але і як активний елемент конструкції: чим вище жорсткість споруди, тим менше відносні деформації грунтової основи.
Матеріал стін будинку безпосередньо пов'язаний з обдиманням грунту: чим воно менше, тим різноманітніше спектр їх матеріалів. Але є одне виключення: при відсутності пученія можливий найдешевший мелкозаглубленний фундамент – стовпчастий, а стіни при цьому можуть бути тільки з дерева. Стрічковий же фундамент витримає додаткове облицювання поверхонь цеглиною або стіни зі спіненого бетону, керамзитобетону, цегли. Слабке пучение для збереження такого ж розмаїття змушує створити під фундамент вирівнює подушку. І в першому і в другому випадку розміри фундаменту для котеджів з цегляними стінами зазвичай обмежують величинами 8? 8 м. А от при середньому обдиманні навіть використання забивних блоків не дозволить зробити стіни цегельними – лише імітація облицюванням в півцеглини. Сильне та надмірне пучение грунту обмежують вибір матеріалу стін деревом. Та й то брус можливий лише при використанні забивних блоків з монолітною платформою, а без неї – лише обшиваєтьсяоброблених дерев'яний каркас.
Вибір матеріалу для мелкозаглубленного стрічкового фундаменту теж залежить від пученія грунту. При надмірному обдиманні придатний лише монолітний залізобетон. При сильному – монолітний залізобетон або залізобетонні блоки, жорстко з'єднані між собою. При середньому – монолітний бетон або бетонні блоки, укладені в перев'язці на розчині. І нарешті, при слабкому – монолітний бетон або бетонні (керамзитобетонні) блоки, укладені вільно, без з'єднання один з одним, а також бутобетон, цементогрунт або бут. Слід особливо відзначити, що при середньому, сильному і надмірному обдиманні стрічковий фундамент повинен являти собою єдину раму, утворену жорсткої системою пересічних стрічок. А якщо жорсткість стін будівлі виявиться недостатньою, слід передбачити і залізобетонні пояси в рівні перекриттів.
Але складності на цьому не закінчуються. Потрібно ще врахувати висоту УГВ, оскільки при її збільшенні пучение грунту посилюється. Цей ефект послаблюють, утрамбовувавши дно траншеї для стрічкового фундаменту або виштамповивая майданчики для стовпчастого. Крім того, можна створити глинистий водозахисний екран так, щоб він зменшував підсмоктування води в зону промерзання з залягають нижче шарів грунту та обмежував доступ грунтовим водам до фундаменту. Ущільнення не тільки знижує пучение, але і збільшує несучу здатність грунту. Цього ж ефекту досягають зануренням в грунт забивних блоків. Стовпчасті фундаменти на таких підставах доцільно застосовувати переважно для дерев'яних стін. Це відноситься також до коротким забивних (пірамідальним і призматичним) і буронабивних палях.
На сирих і, особливо, мокрих ділянках необхідно штучно знижувати УГВ, відводячи грунтові води від фундаменту за допомогою дренажних споруд, водозбірних канав, лотків, траншей. При цьому значення z вибирають по наведеній нижче таблиці.
Тривалість проведення будівельною організацією нульового циклу складе від 5 до 30 календарних днів (в залежності від площі будинку в плані).
Підвал або батискаф?
Важливо, щоб стіна підвалу розташовувалася на безпечній відстані від внутрішньої вертикальної площини мелкозаглубленного фундаменту. Це виключить вплив осідає під фундаментом грунту на стінки підвалу. Відстань вибирають залежно від величин позначки підлоги підвалу і підошви фундаменту, середнього тиску під підошвою і характеристик грунту. Якщо відстань з конструктивних міркувань треба зменшити або ж фундамент взагалі потрібно поставити на стіну підвалу, то останню необхідно попередньо розрахувати на міцність, оскільки на неї будуть діяти бічний тиск від розширення мерзлого грунту і гідростатичний тиск грунтових вод. Комбінований стіна підвалу і фундамент повинні бути жорстко пов'язані між собою.
Іншим рішенням може служити підвал круглої форми (злегка схожий на оглядовий колодязь міських комунікацій). В цьому випадку згинаються стіну навантаження перетвориться в менш небезпечну растягивающе-стискають. Така форма особливо актуальна при високому УГВ, глибокому підвалі або малій відстані між стіною підвалу і внутрішньою площиною фундаменту.
Фундамент підвалу повинен бути захищений від грунтових вод і корозії, а стіни підвалів, крім цього, ще й теплоізольовані для запобігання промерзання. Гідроізоляцію здійснюють за допомогою вологостійких мастик і сумішей, листових і плівкових рулонних матеріалів, а також проникаючих (пенетрують) зачиняються сумішей. Правда, деякі з них (на основі бітуму) грішать тим, що втрачають еластичність при мінусових температурах. А це вже загрожує розтріскуванням конструкції і порушенням герметичності приміщень. Тим з вас, хто захоче більше дізнатися про це непростому вигляді будівельно-монтажних робіт, радимо звернутися до статті "Гідроізоляція – справа тонка" в N 7 нашого журналу за 2001 р. Там же можна знайти інформацію про теплоізоляцію фундаменту. Правда, останнім часом вона все частіше обмежується приклейкою (на бітумній мастиці) до внутрішньої стіни підвалу листів з пінопласту товщиною 20 мм з подальшим штукатурені по сітки-рабиці.
Корозійний захист виконують двома шляхами. Перший полягає в застосуванні стійких до корозії матеріалів і виконанні певних конструктивних вимог (первинний захист). Другий шлях передбачає нанесення ізоляційних покриттів, просочення бетону або застосування електрохімічних методів захисту. Для первинного захисту широко використовують спеціальні марки цементу, наприклад шлакопортландцемент по ГОСТу 10178-76, сульфатостійкий цемент по ГОСТу 22266-76, кварцовий пісок по ГОСТу 10268-80 і великий заповнювач з вулканітових або осадових порід, а також спеціальні добавки, що підвищують хімічну стійкість матеріалів . У деяких підрядних організаціях вам запропонують і інші варіанти первинного захисту.
А ось вторинна захист може бути найрізноманітнішою. Вона залежить від значення водневого показника pН грунтових вод і складу хімічно агресивних включень, обумовлених екологічними забрудненнями конкретного регіону. За твердженням менеджерів компанії "ЛІКОН", головними характеристиками ізоляційних захисних засобів служать адгезія до поверхні матеріалу, еластичність в діапазоні температур експлуатації та збереження властивостей протягом тривалого часу в умовах впливу слабоагресивних середовищ. Тому все частіше для захисту підземних частин будівлі вдаються до нових матеріалів на основі синтетичного каучуку. Як приклад можна привести недорогий (1 м2 – до $ 2) двокомпонентний герметик марки "Сазіласт 51", розрахований на діапазон температур від -60 до +70 ° С і термін служби понад 20 років при максимально допустимої деформації до 30%. Схожі (однак більш дорогі) матеріали поставляють на наш ринок фірми SEMIN (Франція), INDEX (Італія), REMMERS BAUCHEMIE (Німеччина) та ін
Заглиблений фундамент
Фахівці фірми "ЄВРО-БІЛД" вважають, що при важких несучих стінах котеджу найнадійнішим є "старий дідівський спосіб" – монтаж монолітного залізобетонного фундаменту з підошвою нижче глибини промерзання грунту. Тільки ця конструкція забезпечить високу стійкість будівлі і симетричність як розподілу навантаження, так і деформації грунту. Результат – виключення перекосів і викривлень фундаменту. "Вершина" цього способу – суцільна залізобетонна плита ("на століття") під всією площею будинку, що поєднує функції фундаменту і підлоги підвалу, як зазвичай робиться для будівель підвищеної поверховості. Природно, така конструкція – найдорожча і важка в монтажі, хоча і виключає необхідність робити підошву фундаменту ширше обріза, а стіну підвалу – дуже товстою. Нульовий цикл будівельна організація завершить через 45-90 днів.
Закінчивши розмітку, починають рити котлован. Перед заливанням фундаменту паузи бути не повинно, інакше важко виключити розпушування і осипання грунту під впливом опадів. Потім на глинистих грунтах роблять бетонну підготовку підстави товщиною не менше 0,1 м або влаштовують гідроізоляцію з двох шарів гидростеклоизола, щоб перешкоджати усмоктуванню грунтом цементного молока і підняття капілярної вологи в майбутньому. Якщо грунт піщаний або супіщаний, його попередньо ущільнюють, після чого роблять гравійну подушку, заливається бітумною мастикою. Потім заливають плиту і вже потім фундамент. Перед заливкою залізобетонної плити завтовшки 0,25-0,3 м закладають сталеву сітку з арматури марки Ж 10А III або Ж 8А III. Якщо в цьому рівні розміщують гараж, то її товщину краще збільшити до 0,5-0,6 м, а якщо басейн, то його чашу і комунікації бетонують ще до початку оформлення стін підвалу.
Здешевлення будівництва фундаменту
Як бути, якщо хочеться зробити заглиблений фундамент, але існує одне "незначне" обмеження: скрутність в засобах? Проблему можна вирішити за допомогою технології "ТІСЕ", про можливості якої ми розповімо на прикладі столбчато-стрічкового фундаменту. В цьому випадку надійну конструкцію із закладенням підошви нижче глибини промерзання можна виготовити самостійно або із запрошенням професіоналів, але без залучення дорогої будівельної техніки. Досить лише придбати ручної фундаментний бур "ТІСЕ-Ф" з відкидним плугом (ми розповіли про нього в N 7 за 1998 р. у розділі "Новинки ринку"). З допомогою цього приладу можна пробурити на важкому грунті свердловину з розширенням до підошви за годину. Потім у неї встановлюють арматуру і заливають бетоном розширену частину, після чого опускають толеву "сорочку" (для зменшення зчеплення грунту зі стовпом) і продовжують заливку до верху. Такий стовп, що сприймає навантаження до 130 кН, може закінчуватися зверху або стійкою, або ростверком, відлитими над землею у звичайній дощатій опалубці. У першому випадку сукупність стовпів вздовж периметра будинку утворює стовпчастий фундамент, а в другому – столбчато-стрічковий.
Між ростверком і грунтом необхідно залишити повітряний зазор в 0,1-0,15 м для компенсації пученія, інакше фундаментний стовп взимку може розірвати. Цей же зазор забезпечить мінімальний контакт фундаменту з мерзлих грунтом і знизить теплові втрати. Говорити про терміни виконання нульового циклу, які залежать від способу організації робіт, дуже складно. Однак технологія зручна тим, що призупинити процес дозволено в будь-який момент (в тому числі на зиму) і навіть без рекомендованого навантаження конструкції зверху: через розширення підошви пучиністий грунт не видавить стовп наверх.
При незначній зміні конструкції арматури можна створити з цієї ж технології сейсмостійкий фундамент. Тоді арматуру беруть з різьбленням на кінцях. Нижню частину різьблення розташовують в розширеній частині стовпа, а верхню – над ростверком. Після виготовлення фундаменту і ростверку арматуру розтягують, закрутивши верхню гайку, після чого грунт навколо стовпа на глибину до 1 м замінюють сумішшю піску і пористого заповнювача ( керамзит , шлак). Особливістю такого фундаменту є відсутність традиційної гідроізоляційної прошарку між стіною і ростверком. Це виключає їх відносний зсув при сейсмічних коливаннях грунту. Соединение столба с ростверком образует своеобразный упругий шарнир, препятствующий передаче горизонтальных колебаний нижней части столба. Столб будет колебаться относительно упругого шарнира, подминая засыпанную смесь, и упругость арматурных прутков каждый раз будет возвращать ростверк вместе с домом в начальное положение. Подобная сейсмоизолирующая конструкция успешно работает при горизонтальных колебаниях с амплитудой около 10 мм и периодом 0,1-1,5 с, которые вызывают наибольшие разрушения при землетрясениях.
Практические рекомендации
1. В договоре с проектной организацией следует оговорить ее ответственность за возможные дополнительные расходы, связанные с устранением обнаруженных в процессе строительства неточностей и недоработок в проекте. При проектировании и строительстве коттеджа силами одной организации этой проблемы не возникнет, причем возможна поэтапная оплата. Этапы могут оплачиваться, например, так: проектно-изыскательские работы, "закрытие" коробки (нулевой цикл, стены под кровлю с заполнением оконных и дверных проемов), внутренние коммуникации и отделка, наружные коммуникации и благоустройство территории.
2. При рытье траншеи под фундамент экскаватором лучше сделать глубину на 0,1-0,2 м меньше требуемой, а затем зачистить и выровнять дно вручную. Это снизит осадку подошвы фундамента и гарантирует более плотное прилегание ее к грунту.
3. Работы нулевого цикла принято вести в весенне-летний период, при этом мелкозаглубленный фундамент заливать на промороженное основание нельзя. При минусовых температурах заливку нужно вести непрерывно, с использованием специальных марок бетона, утеплением опалубки и электропрогревом залитого бетона до момента схватывания.
4. При насыщении грунта почвенными водами в процессе заливки фундамента следует защитить материал подушки от возможного заиливания. Для этого ее обрабатывают по контуру вяжущими материалами или изолируют от проникновения воды полимерной пленкой.
5. Ненагруженный нулевой цикл зимой будет выталкиваться грунтом более интенсивно, чем при установленной на него коробке коттеджа. Поэтому ее следует смонтировать в тот же год, еще до промерзания земли.
6. Отмостку лучше в первый год оставить двухслойной – без заливки раствором или укладки асфальта. По степени искривления линии ее касания с фундаментом можно будет в конце весны оценить правильность конструкции нулевого цикла и качество выполненных работ.